Inovações em Fontes Alternativas de Energia Aplicadas a Geração de Energia Elétrica Energias Solar e Eólica

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Eduardo Borja Peixoto
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Licenciatura em Engenharia Elétrica pela FATEC - Faculdade de Tecnologia, campus São José do Rio Preto, Mestrado em Engenharia Elétrica na área de Automação aplicado à Estabilidade do Sistema

1 Inovações em Fontes Alternativas de Energia Aplicadas a Geração de Energia Elétrica Energias Solar e Eólica Prof. Leandro Momenté Almada Bacharel em Engenharia Elétrica pela UNESP - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, campus da FEIS - Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, possui Licenciatura em Engenharia Elétrica pela FATEC - Faculdade de Tecnologia, campus São José do Rio Preto, Mestrado em Engenharia Elétrica na área de Automação aplicado à Estabilidade do Sistema Elétrico de Potência pela UNESP/ FEIS e está cursando Doutorado em Engenharia Elétrica também pela UNESP/ FEIS. Atualmente é professor do curso de Engenharia Elétrica do Centro Universitário de Bebedouro - UNIFAFIBE e professor no curso de Engenharia Elétrica da UNIFRAN. II Semana de Engenharia Elétrica de 14 a 17/10/15. 1

2 Proposta Uma Visão Geral Sobre Energia Solar; Energia Eólica; 2

3 Abordagem Estado Atual da Tecnologia; Aplicações e Inovações; Perspectivas Futuras. 3

4 ENERGIA SOLAR Energia solar é um termo que se refere à energia proveniente da luz e do calor do Sol. Irradiação Soltar média: W/m²; 4

5 ENERGIA SOLAR Aproveitamento da Energia Solar Direto: apenas uma transformação. Exemplos: Células fotovoltáicas O Chile vai solicitar propostas no próximo ano para construir a maior fazenda solar da América do Sul, pois o governo pretende dar o pontapé inicial de investimentos em energia renovável no deserto do Atacama. O governo vai oferecer uma doação de US $ 20 milhões e um empréstimo de US $ 400 milhões para construir a fazenda solar no norte do Chile, que terá mais de 50 megawatts de 5 capacidade,

6 Aspectos positivos sobre energia fotovoltaica: Alimentação de áreas de difícil acesso; Tecnologia em ascensão e incentivos a P&D; Destaque entre as fontes alternativas de energia; Ferramentas de simulação consolidadas que permitem analises detalhadas.

7 Aspectos negativos sobre energia fotovoltaica Necessidade de inversores de frequência; Sazonalidade; Potência gerada; Problemas de conexão ( Ilhamentos, harmônicas, EMI); Tecnologias diferentes para diferentes níveis de potência.

8 Módulos Fotovoltaicos Capacidade de geração de células fotovoltaicas de diferentes países e sua respectiva taxa de crescimento.

9 Módulos Fotovoltaicos Variáveis da geração fotovoltaica: Propriedades intrínsecas das células; Radiação solar.

10 2.Módulos Fotovoltaicos Variáveis da geração fotovoltaica: Propriedades intrínsecas das células;

11 Sistemas de Geração Fotovoltaica Classificação: I. CONEXÃO COM A REDE SISTEMAS INDEPENDENTES SISTEMAS CONECTADOS A REDE

12 Sistemas de Geração Fotovoltaica I. Sistemas Isolados Sistemas fotovoltaicos isolados são conhecidos como off-grid e suas principais aplicações incluem suprimento rural, suprimento de centrais de comunicação de difícil acesso, iluminação, dentre outros.

13 Sistemas de Geração Fotovoltaica I. Sistemas Conectados a Rede Permite que a energia produzida esteja disponível para consumi alguns milisegundos após ter sido gerada; Podem ser utilizados bancos de baterias para acumulo de excedentes; Aumento do custo de projeto;

14 Sistemas de Geração Fotovoltaica Classificação: II. POTÊNCIA INSTALADA Pequeno porte < 5kWp; Médio porte 5 a 100kWp; Grande porte > 100 kwp.

15 Sistemas de Geração Fotovoltaica II. Sistemas Conectados a Rede Incluem Sistemas Integrados a Plantas Civis, Usinas fotovoltaicas; Opções para acumulo de excedentes;

16 Sistemas de Geração Fotovoltaica II. Sistemas Conectados a Rede Crescimento anual do mercado de energia fotovoltaica no mundo

17 Sistemas de Geração Fotovoltaica II. Sistemas Conectados a Rede Energia Fotovoltaica na Alemanha

18 Sistemas de Geração Fotovoltaica II. Sistemas Conectados a Rede Comparativo entre características de demanda diária e capacidade de geração fotovoltaica

19 Sistemas de Geração Fotovoltaica II. Sistemas Conectados a Rede Smart Grids

20 Sistemas de Geração Fotovoltaica II. Sistemas Conectados a Rede Smart Grids Principais elementos

21 Sistemas de Geração Fotovoltaica II. Sistemas Conectados a Rede Papel do inversor de frequência em smart grids: Ajuste de tensão; Ajuste do ponto de operação para máxima entrega de potência à rede, atuando apenas no sinal de corrente (forma e fase).

22 Sistemas de Geração Fotovoltaica Exemplos de sistemas implantados Primeiro BIPV em Hong Kong

23 Sistemas de Geração Fotovoltaica Exemplos de sistemas implantados Primeiro BIPV em Hong Kong

24 Sistemas de Geração Fotovoltaica Exemplos de sistemas implantados Telha Fotovoltáica Produzida com o objetivo de gerar mais ganhos de eficiência e estética, a Tegola Solare é uma telha cerâmica normal à qual foram incorporadas quatro células fotovoltaicas.

25 Aproveitamento indireto da Energia Solar Mais de uma transformação para que surja energia utilizável. Usinas Heliotérmicas A Gemasolar, primeira usina do mundo capaz de produzir energia solar 24 horas por dia, foi instalada este mês na região de Sevilha, que fica na Espanha, pela Torresol Energia. 25

26 Aproveitamento indireto da Energia Solar Usinas Heliotérmicas 26

Aproveitamento indireto da Energia Solar A empresa israelense SunDWater lançou um dispositivo ecológico e de baixo custo e manutenção que usa energia solar para limpar água poluída ou salgada.

27 Aproveitamento indireto da Energia Solar A empresa israelense SunDWater lançou um dispositivo ecológico e de baixo custo e manutenção que usa energia solar para limpar água poluída ou salgada. A água é bombeada para dentro da unidade, que é equipada com uma esfera fotovoltaica de 43 metros quadrados, que concentra os raios de sol para a evaporação rápida. O vapor de água flui em um cilindro, onde fica condensado novamente em água doce. 27

28 ENERGIA EÓLICA Energia Eólica é um termo que se refere à energia proveniente dos ventos. 28

29 ENERGIA EÓLICA Potêncial Eólico Brasileiro 29

30 Tecnologia das Turbinas ENERGIA EÓLICA Aerogerador de eixo horizontal 30

Tecnologia das Turbinas ENERGIA EÓLICA Aerogerador de eixo horizontal Pás do Rotor: Capturam a energia eólica e a convertem em energia rotacional no eixo.

31 Tecnologia das Turbinas ENERGIA EÓLICA Aerogerador de eixo horizontal Pás do Rotor: Capturam a energia eólica e a convertem em energia rotacional no eixo. Eixo: Transfere a energia de rotação para o gerador. Nacele: Carcaça onde são abrigados os componentes. Caixa de Engrenagens: Aumenta a velocidade de rotação do eixo entre o gerador e o cubo do rotor. Gerador: Usa a energia rotacional para gerar eletricidade utilizando eletromagnetismo. Unidade de Controle Eletrônico: Monitora todo o sistema, realiza o desligamento da turbina em caso de falha e ajusta o mecanismo de alinhamento da turbina com o vento. Controlador: Alinha o rotor com a direção do vento. Freios: Em caso de falha no sistema ou sobrecarga de energia, detém a rotação do eixo. Torre: Sustenta o rotor e a nacele, além de erguer todo o conjunto a uma altura onde as pás possam girar com segurança e distantes do solo. Equipamentos Elétricos: Transmitem a eletricidade do gerador pela torre e controlam os elementos de segurança da turbina. 31

Tecnologia das Turbinas ENERGIA EÓLICA Aerogerador de eixo vertical Em geral, os rotores de eixo vertical têm a vantagem de não necessitarem de mecanismos de acompanhamento para variações da direção

32 Tecnologia das Turbinas ENERGIA EÓLICA Aerogerador de eixo vertical Em geral, os rotores de eixo vertical têm a vantagem de não necessitarem de mecanismos de acompanhamento para variações da direção do vento, o que reduz a complexidade do projeto e os esforços devido às forças de Coriolis. Os rotores de eixo vertical também podem ser movidos por forças de sustentação (lift) e por forças de arrasto (drag). 32

33 Geradores Gerador de Indução ENERGIA EÓLICA O gerador de indução trifásico com rotor em gaiola, apesar do baixo custo e manutenção simples, apresenta como desvantagens a falta de possibilidade de regulação de tensão e de frequência, bem como a operação apenas em velocidade fixada pela frequência da rede. 33

34 Geradores Gerador Sincrono ENERGIA EÓLICA O gerador síncrono tem como desvantagens seu alto custo devido aos imãs permanentes, altas temperaturas de operação, há ainda a possibilidade de picos de correntes ou curtos-circuitos desmagnetizarem o imã e os conversores devem processar a potência total dogerador. 34

Sistemas Off-Shore ENERGIA EÓLICA Não ter limitações em termos de utilização do solo e dos diversos impactos visuais. Não há problemas com impactos sonoros, devido a distânciada costa.

35 Sistemas Off-Shore ENERGIA EÓLICA Não ter limitações em termos de utilização do solo e dos diversos impactos visuais. Não há problemas com impactos sonoros, devido a distânciada costa. A superfície do mar tem baixa rugosidade. Devido à menor rugosidade, as turbinas não necessitam de grandes alturas (comparando-ascom o solo terrestre). Globalmente, a turbulência do vento é muito inferior no mar, devido à ausência de barreiras. Assim, as turbinas não sofrem um desgaste exorbitante, tendo um aumento em sua vida útil. 35

36 ENERGIA EÓLICA Principais Parques Eólicos no Brasil Complexo Eólico Alto Sertão I - localizado no semiárido baiano, é o maior parque gerador de energia eólica do Brasil e também da América Latina. As 184 torres geram 294 megawatts deenergia Parque Eólico de Osório: instalado no munício gaúcho de Osório, é o segundo maior centro de geração de energia eólica no Brasil (em 2011). Possui a capacidade instalada de 150 megawatts. Usina de Energia Eólica de Praia Formosa: instalada na cidade de Camocim (Ceará). Possui a capacidade instaladade 104 megawatts. Parque Eólico Alegria: instalado na cidade de Guamaré (Rio Grande do Norte). Possui a capacidade instaladade 51 megawatts. Parque Eólico do Rio de Fogo: instalado na cidade de Rio do Fogo (Rio Grande do Norte). Possui capacidade instaladade 41 megawatts. Parque Eólico Eco Energy: instalado na cidade de Beberibe (Ceará). Possui capacidade instaladade 25 megawatts. 36

37 ENERGIA EÓLICA Inovações Balão em forma de rosquinha gigante para geração de energia elétrica a partir do vento alao-em-forma-de-rosquinha-gigante-produzenergia-eolica,180103e 37

38 ENERGIA EÓLICA Inovações Turbinas gêmeas aproveitam o vento sob pontes e viadutos 38

39 Comparativo de custos ENERGIA EÓLICA 39

40 Obrigado pela Atenção Contatos: Site: 40

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